(57)【要約】【課題】傾斜地に対する基体の姿勢に関わらず、容易に転倒の危険度を軽減させることが可能な電動旋回装置を提供する。【解決手段】アタッチメントの旋回半径、基体を傾斜地に設置したときの傾斜角と傾斜地に対する基体の姿勢、及び基体に対するアタッチメントの旋回角等に依存する物理量が、センサ群で測定される。制御装置が、基体の傾斜角と、傾斜地に対する基体の姿勢と、アタッチメントの旋回半径に基づく第４の物理量との組み合わせに対して、転倒の危険があるアタッチメントの方位の範囲である転倒危険範囲を定義した危険判定情報を含む。センサ群の測定結果に基づき、基体の傾斜角、基体の姿勢、第４の物理量、及びアタッチメントの方位を算出し、算出結果と危険判定情報とに基づいて、アタッチメントの方位が転倒危険範囲に含まれるか否かを判定する。転倒危険範囲に含まれると判定された場合には旋回用電動機を強制減速指令に基づき制御する。【選択図】  図６
2013189767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体に旋回可能に搭載された旋回体と、
前記旋回体に取り付けられて前記旋回体と共に旋回し、旋回半径が可変のアタッチメントと、
前記旋回体を旋回させるトルクを発生する旋回用電動機と、
前記アタッチメントの旋回半径に依存する物理量、前記基体を傾斜地に設置したときの前記傾斜地に対する前記基体の姿勢に依存する物理量、及び前記基体に対する前記アタッチメントの旋回角に依存する物理量を測定するセンサ群と、
操作者が前記旋回体の旋回運動を制御するための指令を与える操作器と、
前記センサ群の測定結果に基づいて、前記旋回用電動機を制御する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
前記傾斜地に対する前記アタッチメントの方位の転倒危険範囲を定義した危険判定情報を含み、
前記センサ群の測定結果に基づいて、前記傾斜地に対する前記アタッチメントの方位を算出し、算出結果と前記危険判定情報とに基づいて、前記傾斜地に対する前記アタッチメントの方位が前記転倒危険範囲に含まれるか否かを判定し、
前記傾斜地に対する前記アタッチメントの方位が前記転倒危険範囲に含まれると判定された場合には、前記旋回用電動機を強制減速指令に基づき制御する電動式旋回装置。
【請求項２】
前記転倒危険範囲は、さらに、前記旋回中心から前記電動式旋回装置の重心までの距離を１つのパラメータとして定義されており、前記電動式旋回装置の重心の位置は、前記アタッチメントに最大負荷が加えられている条件の下で、前記アタッチメントの旋回半径に基づいて算出される請求項１に記載の電動式旋回装置。
【請求項３】
前記制御装置は、旋回速度上限値を記憶しており、前記旋回用電動機の旋回速度が前記旋回速度上限値を超えないように前記旋回用電動機を制御する請求項１または２に記載の電動式旋回装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記センサ群の検出結果に基づいて、前記旋回速度上限値を修正する請求項３に記載の電動式旋回装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記センサ群の測定結果から算出された前記アタッチメントの旋回半径に基づいて前記旋回速度上限値を修正する請求項４に記載の電動式旋回装置。
【請求項６】
前記制御装置は、減速許容時間を記憶しており、前記旋回用電動機に最大制動トルクを発生させたときに、前記減速許容時間以下の時間で、前記旋回体の旋回運動を停止させることができるように、前記旋回速度上限値を修正する請求項４に記載の電動式旋回装置。
【請求項７】
前記制御装置は、許容旋回角度を記憶しており、前記旋回用電動機に最大制動トルクを発生させたときに、前記許容旋回角度以下の旋回角度で、前記旋回体の旋回運動を停止させることができるように、前記旋回速度上限値を修正する請求項４に記載の電動式旋回装置。
【請求項８】
基体と、
前記基体に旋回可能に搭載された旋回体と、
前記旋回体に取り付けられて前記旋回体と共に旋回し、旋回半径が可変のアタッチメントと、
前記旋回体を旋回させるトルクを発生する旋回用電動機と、
操作者が前記旋回体の旋回運動を制御するための指令を与える操作器と
を有する電動式旋回装置の制御方法であって、
前記基体が置かれた傾斜地に対する前記アタッチメントの方位を算出する工程と、
前記基体を傾斜地に設置したときの前記傾斜地に対する前記アタッチメントの方位の転倒危険範囲を定義している危険判定情報と、前記算出工程で得られた算出結果とに基づいて、前記傾斜地に対する前記アタッチメントの方位が前記転倒危険範囲に含まれるか否かを判定する工程と、
前記傾斜地に対する前記アタッチメントの方位が前記転倒危険範囲に含まれると判定された場合には、前記旋回用電動機を強制減速指令に基づき制御する工程と
を有する電動式旋回装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アタッチメントが取り付けられた旋回体が、基体に旋回可能に搭載されている電動旋回装置に関し、特に、傾斜地での作業時に転倒を防止する機能を有する電動旋回装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ショベル等の作業機械を傾斜地で動作させると、転倒する危険が伴う。ショベル等の作業機械の転倒を防止するための装置が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
従来のショベルにおいては、コントローラが、機体の転倒を生じない機体重心安全域を求める。機体重心安全域は、旋回体の旋回角度と傾斜角度に依存する。さらに、コントローラは、種々のセンサからの信号に基づいて、機体の重心位置を算出する。算出された重心位置が、機体重心安全域の境界に近づくと、コントローラが警報を発出する。または、重心位置が、機体重心安全域の境界に近づくと、重心位置を機体重心安全域の境界の内側から外側へ向けて移動させるように作用するブーム、アームの作動を停止させる。機体重心安全域の境界は、転倒支点となる点から鉛直上方に伸ばした直線の集合で表される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２０７７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された油圧式のショベルでは、旋回駆動部も油圧で駆動される。旋回体は、旋回駆動部に加わる作動油の圧力によって旋回体が旋回動作を行う。アタッチメントがたたまれているときには慣性モーメントが小さいため、旋回速度が速くなる。逆に、アタッチメントが伸ばされているときには慣性モーメントが大きいため、旋回速度が遅くなる。
【０００６】
しかしながら、電動式旋回装置を備えたショベルの場合には、速度制御に基づき旋回動作が行われるため、旋回速度がアタッチメントの姿勢に依存せず、旋回速度がほぼ一定になる。アタッチメントが伸ばされているときは、慣性モーメントが大きくなるが、旋回角速度はほぼ一定のままである。このため、旋回を急停止させることが困難である。特に、特許文献１に開示されているような傾斜地で作業を行っている場合には、旋回を急停止させることが一層困難になる。
【０００７】
本発明の目的は、傾斜地に対する基体の姿勢に関わらず、旋回動作を停止させやすい電動式旋回装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一観点によると、
基体と、
前記基体に旋回可能に搭載された旋回体と、
前記旋回体に取り付けられて前記旋回体と共に旋回し、旋回半径が可変のアタッチメントと、
前記旋回体を旋回させるトルクを発生する旋回用電動機と、
前記アタッチメントの旋回半径に依存する物理量、前記基体を傾斜地に設置したときの
前記傾斜地に対する前記基体の姿勢に依存する物理量、及び前記基体に対する前記アタッチメントの旋回角に依存する物理量を測定するセンサ群と、
操作者が前記旋回体の旋回運動を制御するための指令を与える操作器と、
前記センサ群の測定結果に基づいて、前記旋回用電動機を制御する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
前記傾斜地に対する前記アタッチメントの方位の転倒危険範囲を定義した危険判定情報を含み、
前記センサ群の測定結果に基づいて、前記傾斜地に対する前記アタッチメントの方位を算出し、算出結果と前記危険判定情報とに基づいて、前記傾斜地に対する前記アタッチメントの方位が前記転倒危険範囲に含まれるか否かを判定し、
前記傾斜地に対する前記アタッチメントの方位が前記転倒危険範囲に含まれると判定された場合には、前記旋回用電動機を強制減速指令に基づき制御する電動式旋回装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
旋回用電動機を強制減速指令に基づいて制御することにより、転倒の危険性を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施例１による電動旋回装置の平面図である。
【図２】図２は、実施例１による電動旋回装置を傾斜地に設置した時の座標の定義を説明するための概略斜視図である。
【図３】図３は、実施例１による電動旋回装置を傾斜地に設置した時の座標の定義を説明するための平面図である。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれピッチング角及びローリング角を説明するための概略図である。
【図５】図５は、アタッチメントの旋回半径を説明するための概略図である。
【図６】図６は、実施例１による電動旋回装置に搭載された制御装置のブロック図である。
【図７】図７Ａ〜図７Ｃは、危険判定情報の一例を示すグラフである。
【図８】図８は、実施例１による危険判定方法を説明するための図である。
【図９】図９は、実施例２による電動旋回装置に搭載された制御装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施例１］
図１に、実施例１による電動旋回装置例として、ショベルの平面図を示す。一対のクローラを備えた基体（下部走行体）１０に、旋回体１１が旋回可能に搭載されている。旋回体１１に、ブーム１４及びアーム１５が連結されている。アーム１５の先端に、バケット、油圧ブレーカ、圧砕機等のエンドアタッチメント１６が取り付けられている。旋回体１１の旋回中心２１からエンドアタッチメント１６までの距離に相当する旋回半径Ｌは可変である。ブーム１４、アーム１５、及びエンドアタッチメント１６をまとめて「アタッチメント１２」という。
【００１２】
旋回体１１に、旋回用電動機２０、センサ群に含まれる速度センサ２２、キャビン５１、及び制御装置６０が搭載されている。旋回用電動機２０は、基体１０に対して旋回体１１を旋回させるトルクを発生する。速度センサ２２は、旋回体１１の旋回速度ωを測定する。キャビン５１内に、操作器５０が設置されている。操作者がキャビン１１に乗り込み、操作器５０を操作することによって、旋回体１１の旋回運動を制御するための指令を制
御装置６０に与える。
【００１３】
基体１０に、センサ群に含まれるピッチング角センサ４１及びローリング角センサ４２が搭載されている。両者を合わせて「姿勢センサ」４０という。速度センサ２２及び姿勢センサ４０の出力信号が制御装置６０に入力される。姿勢センサ４０の機能については、後に図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明する。
【００１４】
基体１０、旋回体１１、ブーム１４、アーム１５、及びエンドアタッチメント１６の合成の重心５５が定義される。アタッチメント１２の旋回半径Ｌを変化させると、旋回中心２１から重心５５までの距離が変動する。また、旋回体１１を旋回させると、重心５５も旋回中心２１を中心として旋回する。
【００１５】
旋回中心２１をｚ軸とし、基体１０の進行方向をｘ軸方向とするｘｙｚ直交座標系を定義する。進行方向の前向き（前方）をｘ軸の正の向きとし、基体１０から旋回体１１を向く方向をｚ軸の正の向きとする。すなわち、ｘｙｚ座標は、基体１０に対して固定されている。
【００１６】
ｘｙ面内において、旋回中心２１を始点としアタッチメント１２の方に伸びる直線をｕ軸と定義する。ｕ軸の正の向きを、「アタッチメントの方位」という。ｕ軸は、旋回体１１に固定されており、旋回体１１の旋回と共に旋回する。ｘ軸の正の向きとｕ軸の正の向きとのなす角を旋回角といい、θｕｘで表す。
【００１７】
通常、基体１０の重心は旋回中心２１上に設定される。このため、合成の重心５５はｕ軸上に位置する。すなわち、旋回中心２１から重心５５に向かう方位は、旋回中心２１からエンドアタッチメント１６に向かう方位（ｕ軸の正の向き）に一致する。本明細書において、「旋回中心２１から重心５５に向かう方位」と、「アタッチメントの方位」とを区別しないで用いる。
【００１８】
図２及び図３を参照して、電動旋回装置が傾斜地に設置されたときの座標及び各種パラメータの定義について説明する。
【００１９】
図２に示すように、電動旋回装置が、傾斜角ａｓの傾斜地７１に設置されている。ｘｙ面は傾斜地７１と平行である。ｘｙ面内において、傾斜地７１の傾斜方向をｓ軸とし、傾斜地７１の低い方を向く向きをｓ軸の正の向きとする。傾斜地７１の表面に、ｘ軸、ｙ軸、ｕ軸、及びｓ軸が定義される。
【００２０】
図３に、ｘｙ面内の各軸の関係を示す。ｓ軸とｘ軸とのなす角を傾斜地に対する「基体１０の前方の方位角」といい、θｘｓで表す。ｓ軸とｕ軸とのなす角を傾斜地７１に対する「アタッチメントの方位角」、または「重心の方位角」といい、θｕｓで表す。旋回中心２１から重心５５までの距離をＧで表す。特に断らない限り、本明細書において「方位角」は、傾斜地７１に固定されたｓ軸の正の方向を基準（０°）として定義された方位角を意味する。
【００２１】
ｚ軸を中心とし、ｓ軸を含む扇型の範囲を転倒危険範囲７０と定義する。転倒危険範囲７０の大きさは、扇形の両端の方位角（最大方位角）θｄｓで定義される。ｚ軸の負の向きに向かって電動旋回装置を見たとき、時計回りの回転方向を正の方向とし、反時計まわりの回転方向を負の方向とする。正側の最大方位角θｄｓと、負側の最大方位角−θｄｓとは同一であるとは限らない。
【００２２】
アタッチメントの方位（ｕ軸の正の方向）が転倒危険範囲７０内に含まれるとき、電動
旋回装置が転倒してしまうか、または転倒の危険性が高い。従って、アタッチメント方位が転倒危険範囲７０内に含まれない状態で作業を行うことが好ましい。転倒危険範囲７０の広がり（最大方位角θｄｓ）については、後に図８Ａ〜図８Ｃを参照して説明する。
【００２３】
エンドアタッチメント１６の旋回角θｕｘは、旋回速度ωの時刻歴に依存する。速度センサ２２で旋回速度ωを計測することにより、旋回角θｕｘを算出することができる。具体的には、旋回速度ωを積分することにより、旋回角θｕｘが得られる。なお、ｕ軸とｘ軸とが一致している状態を、初期状態とする。旋回角θｕｘに依存する物理量として、旋回速度ωに代えて、旋回角自体を採用してもよい。旋回角θｕｓは、角度センサにより計測することができる。
【００２４】
図４Ａ及び図４Ｂを参照して、ピッチング角センサ４１及びローリング角センサ４２（図１）の機能について説明する。ピッチング角センサ４１及びローリング角センサ４２には、例えば加速度センサが用いられる。
【００２５】
図４Ａに示すように、ピッチング角センサ４１は、水平面７２とｘ軸とのなす角（ピッチング角）ａｐを測定する。図４Ｂに示すように、ローリング角センサ４２は、水平面７２とｙ軸とのなす角（ローリング角）ａｒを測定する。ピッチング角ａｐとローリング角ａｒとは、基体１０の傾斜角（すなわち、傾斜地７１の傾斜角ａｓ（図２））及び傾斜地７１に対する基体１０の姿勢（基体の前向の方位角θｘｓ）に依存する。このように、基体１０の傾斜角及び傾斜地７１に対する基体１０の姿勢に依存する物理量を計測することにより、基体１０の傾斜角及び傾斜地７１に対する基体１０の姿勢を算出することができる。
【００２６】
図５を参照して、エンドアタッチメント１６（図１）の旋回半径Ｌの算出方法について説明する。ブーム１４の基部及びアーム１５の基部に、それぞれブーム角センサ３１及びアーム角センサ３２が取り付けられている。ブーム角センサ３１は、ｘｙ面とブーム１４とのなす角（ブーム角）Ｃ１の大きさを計測する。アーム角センサ３２は、ブーム１４とアーム１５とのなす角（アーム角）Ｃ２の大きさを計測する。ブーム１４及びアーム１５の長さは不変であるため、ブーム角Ｃ１及びアーム角Ｃ２の大きさがわかれば、旋回軸２１からエンドアタッチメント１６までの距離、すなわち旋回半径Ｌを算出することができる。以下、ブーム角センサ３１とアーム角センサ３２とをまとめてアタッチメントセンサ３０という。アタッチメントセンサ３０も、センサ群に含まれる。
【００２７】
このように、アタッチメントの旋回半径Ｌに依存する物理量であるブーム角Ｃ１及びアーム角Ｃ２を計測することにより、旋回半径Ｌを算出することができる。なお、アタッチメントの旋回半径Ｌに依存する物理量として、ブーム１４を駆動する油圧シリンダ及びアーム１５を駆動する油圧シリンダの長さの変動量を採用してもよい。油圧シリンダの長さの変動量は、各油圧シリンダにピストンストロークセンサを設けることにより計測可能である。
【００２８】
図６に、制御装置６０の機能ブロック図を示す。制御装置６０は、速度センサ２２、アタッチメントセンサ３０、及び姿勢センサ４０による測定結果に基づいて、旋回用電動機２０を制御する。
【００２９】
制御装置６０は記憶装置６１を含み、記憶装置６１に危険判定情報６２が記憶されている。旋回用電動機駆動ブロック６７が、旋回速度指令値生成ブロック６５、速度上限値制限ブロック６８、動作モード切替ブロック６６、及びフィードバック制御ブロック６１を含む。危険判定ブロック６３が、速度センサ２２、アタッチメントセンサ３０、姿勢センサ４０を含むセンサ群の測定結果、及び危険判定情報６２に基づいて、アタッチメントの
方位角θｕｓ（図３）が、転倒危険範囲７０に含まれるか否かを判定する。判定結果に基づいて、動作モード切替ブロック６６に切替指令を送出する。
【００３０】
旋回速度指令値生成ブロック６５が、操作器５０を通した操作者からの指令に基づいて、旋回速度指令値を生成する。生成された旋回速度が速度上限値制限ブロック６８に入力される。速度上限値制限ブロック６８には上限値ωＵＬが設定されており、旋回速度指令値が、この上限値を超えない条件の下で旋回速度指令値が生成される。強制減速指令値生成ブロック６４が、強制減速指令値を生成する。
【００３１】
危険判定ブロック６３で、アタッチメントの方位角θｕｓが転倒危険範囲７０に含まれると判定された場合には、動作モード切替ブロック６６は、フィードバック制御ブロック６１に、制御目標値として強制減速指令値を入力する。この動作状態を、「強制減速動作モード」という。アタッチメントの方位角θｕｓが転倒危険範囲７０に含まれないと判定された場合には、動作モード切替ブロック６６は、旋回速度指令値生成ブロック６５で生成された旋回速度指令値を、制御目標値として、フィードバック制御ブロック６１に入力する。この動作状態を、「通常動作モード」という。旋回用電動機２０の回転速度が、フィードバック制御ブロック６１に負帰還される。旋回速度指令値、及び旋回用電動機２０の回転速度を測定する速度センサ２２の測定値に基づいて、インバータ６９に電流制御信号が送出される。インバータ６９は、与えられた電流制御信号に基づいて、旋回用電動機２０に交流電流を供給する。この結果、旋回用電動機２０の旋回速度が、旋回速度指令値に等しくなる。すなわち、旋回用電動機２０は、速度制御される。
【００３２】
上述のように、速度センサ２２で検出された回転速度の測定値は、旋回用電動機２０のＰＩ制御を行うための負帰還信号、及び危険判定ブロック６３で転倒の危険判定を行うための情報として利用される。
【００３３】
フィードバック制御ブロック６１に、制御目標値として強制減速指令値が入力されたときには、旋回用電動機２０は最大制動トルクを発生する。旋回用電動機２０が制動トルクを発生すると、旋回体１１の旋回運動が停止する。これにより、電動旋回装置の転倒を防止することができる。フィードバック制御ブロック６１に、制御目標値として強制減速指令値が入力されたときに旋回用電動機２０が発生するトルクは、必ずしも最大制動トルクである必要はない。
【００３４】
図７Ａ〜図７Ｃを参照して、危険判定情報６２（図６）について説明する。危険判定情報６２は、基体１０の傾斜角ａｓ（図２）と、傾斜地７１に対する基体の姿勢（基体１１の前方の方位角θｘｓ（図３））と、アタッチメントの旋回半径Ｌ（図１）に基づく物理量（旋回中心２１から重心５５までの距離Ｇ（図３））との組み合わせに対して、転倒危険範囲７０の最大方位角θｄｓ（図３）を定義している。
【００３５】
図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃは、それぞれ基体１０の傾斜角ａｓが０°、１５°、２５°のときの、旋回中心２１から重心５５までの距離Ｇと、転倒危険範囲７０の最大方位角θｄｓ（図３）との関係を、基体１０の種々の姿勢θｘｓについて表す。なお、０°、１５°、２５°以外の傾斜角ａｓについても、距離Ｇと、転倒危険範囲７０の最大方位角θｄｓとの関係が、基体１０の種々の姿勢θｘｓについて定義されている。
【００３６】
傾斜角ａｓが０°のときには、転倒危険範囲７０の最大方位角θｄｓは０°である。すなわち、アタッチメントの方位角θｕｓに関わらず、転倒の危険はない。
【００３７】
傾斜角ａｓが１５°及び２５°のとき、旋回中心２１から重心５５までの距離Ｇが長くなるに従って、転倒危険範囲７０の最大方位角θｄｓの絶対値が大きくなる。すなわち、
転倒危険範囲７０が広くなる。
【００３８】
傾斜角ａｓが一定の条件の下では、基体１０の前方（ｘ軸の正の方向）が傾斜地７１の最大傾斜方向を向くとき（θｘｓが０°のとき）に、転倒危険範囲７０の最大方位角θｄｓが最も小さい。基体１０の前方（ｘ軸の正の方向）が水平方向を向くとき（θｘｓが９０°のとき）に、転倒危険範囲７０の最大方位角θｄｓが最も大きい。図７Ｂ及び図７Ｃでは、θｘｓが０°のとき及び９０°のときのみを示しているが、θｘｓがその間の大きさのとき、すなわち基体１０の前方（ｘ軸の正の方向）が傾斜地７１に対して斜め方向を向く場合についても、転倒危険範囲７０の最大方位角θｄｓが定義されている。
【００３９】
図８を参照して、危険判定ブロック６３の処理について説明する。処理装置６０は、姿勢センサ４０で計測されたピッチング角ａｐ（図４Ａ）及びローリング角ａｒ（図４Ｂ）に基づいて、傾斜地７１に対する基体１０の前方の方位角θｘｓ及び基体１０の傾斜角ａｓ（図２）を算出する。
【００４０】
さらに、処理装置６０は、アタッチメントセンサ３０で計測されたブーム角Ｃ１及びアーム角Ｃ２に基づいて、アタッチメントの旋回半径Ｌ（図５）を算出する。速度センサ２２で計測されている旋回速度ωを積分することにより、アタッチメントの旋回角θｕｘを算出する。旋回半径Ｌ及び旋回角θｕｘから、重心位置５５のｘｙ座標を求める。重心位置に基づいて、旋回中心２１から重心５５までの距離Ｇを算出する。図１に示したように、通常、重心Ｇはｕ軸上に位置すると考えられる。この場合、距離Ｇは、旋回角θｕｘに依存せず、旋回半径Ｌのみに依存する。したがって、距離Ｇは、第３の物理量を用いることなく、第１の物理量に基づいて算出することができる。
【００４１】
旋回中心２１から重心５５までの距離Ｇ、傾斜地７１に対する基体１０の姿勢θｘｓ、及び基体１０の傾斜角ａｓの算出結果を指標として、危険判定情報６２を検索することにより、転倒危険範囲７０の最大方位角θｄｓを求める。
【００４２】
さらに、重心５５の位置（ｘｙ座標）と基体１０の前方の方位角θｘｓとに基づいて、重心の方位角θｕｓを算出する。転倒危険範囲７０の最大方位角θｄｓと、重心５５の方位角θｕｓとを比較することにより、重心の方位角θｕｓが、転倒危険範囲７０に含まれるか否かを判定する。
【００４３】
図６に示したように、制御装置６０は、重心の方位角θｕｓが転倒危険範囲７０に含まれる場合には、旋回用電動機２０の動作モードを、通常動作モードから強制減速モードに切り替える。強制減速モードでは、旋回用電動機２０が制動トルクを発生するため、旋回体１１の旋回運動が停止する。これにより、電動旋回装置の転倒の危険性を低減することができる。重心の方位（ｕ軸の正の向き）が転倒危険範囲７０に含まれるか否かの判定は、アタッチメントの方位角θｕｓと、転倒危険範囲７０の最大方位角θｄｓとを比較することにより行われる。この比較は、転倒支点の位置と重心の位置とを考慮して、転倒の危険性の低い安全な範囲に重心が位置するか否かの判定に比べて、容易である。
【００４４】
［実施例２］
図９に、実施例２による電動旋回装置に搭載された制御装置６０の機能ブロック図を示す。以下、図６に示した実施例１の制御装置６０の機能ブロック図との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。実施例１では、速度上限値制限ブロック６８が生成する旋回速度指令値の上限値ωＵＬが固定されていた。実施例２においては、この旋回速度指令値の上限値ωＵＬが、各センサで計測された種々の物理量に依存して修正される。
【００４５】
制御装置６０の記憶装置に、減速許容時間Ｔａを記憶するための記憶領域７５が確保されている。減速許容時間Ｔａは、予め与えられている。制御装置６０は、アタッチメントセンサ３０の計測結果から、アタッチメントの旋回半径Ｌ（図５）を算出する。算出された旋回半径Ｌに基づいて、旋回体１１の慣性モーメントＪを求める。慣性モーメントＪは、外部からエンドアタッチメント１６に加わっている負荷に依存する。エンドアタッチメント１６が、例えば地面を掘削するためのバケットである場合には、エンドアタッチメント１６に加わる負荷は、バケットに保持されている土質の質量に依存する。エンドアタッチメント１６に加わる負荷は、作業中に時々刻々と変動するため、実施例２においては、エンドアタッチメント１６に設計上の最大負荷が加えられていると仮定する。
【００４６】
旋回速度上限値算出ブロック７６が、減速許容時間Ｔａ、旋回速度ω、慣性モーメントＪ、基体１０の姿勢θｘｓ、基体１０の傾斜角ａｓに基づいて、旋回速度上限値ωＵＬＤを算出する。以下、旋回速度上限値ωＵＬＤの算出方法について説明する。旋回用電動機２０が発生するトルクをτ、旋回体１１の旋回角速度をωとする。電動旋回装置が傾斜地７１に配置されている場合には、旋回体１１に重力によるトルクが加わる。重力によるトルクをτｇとする。トルクτｇは、傾斜角ａｓ、アタッチメントの方位角θｕｓ、エンドアタッチメント１６に加えられている負荷に依存する。旋回体１１の回転の運動方程式は、以下のように表される。
τ＝Ｊ（ｄω／ｄｔ）＋τｇ  ・・・（１）
旋回用電動機２０が発生するトルクτが、最大制動トルクに等しく、かつ減速許容時間Ｔａ以下の時間で旋回体１１の旋回角速度が０になるという条件で、上記運動方程式を解くと、現時点での旋回角速度の最大値が求まる。この旋回角速度の最大値を、旋回速度上限値ωＵＬＤとする。上記運動方程式中のトルクτｇはアタッチメントの方位角θｕｓの関数であり、θｕｓは時間の関数である。上記運動方程式は、実際には、ある時間刻み幅で解かれる。この時間刻み幅の間にアタッチメントの方位角θｕｓの変化量は極僅かである。このため、上記運動方程式を解く際に、アタッチメントの方位角θｕｓとして、時間の関数ではなく、前回の値を用いることができる。
【００４７】
旋回体１１が旋回速度上限値ωＵＬＤ以下の速度で旋回している場合には、旋回用電動機２０で最大制動トルクを発生させることにより、減速許容時間Ｔａ以下の時間で旋回体１１を静止させることができる。
【００４８】
転倒危険範囲有無の判定ブロック７７が、転倒危険範囲７０の有無を判定する。例えば、図７Ａに示したように、傾斜角ａｓが０°である場合には、転倒危険範囲７０は存在しない。このように、傾斜角ａｓがある閾値以下のときには、転倒危険範囲７０が存在しない。
【００４９】
通常時旋回速度上限値生成ブロック７９が、通常時の旋回速度上限値ωＵＬＮを生成する。例えば、通常時の旋回速度上限値ωＵＬＮは、図６に示した実施例１の旋回速度指令値生成ブロック６５が生成する指令値の上限値ωＵＬと等しい。
【００５０】
上限値切替ブロック７８が、旋回速度上限値算出ブロック７６で算出された旋回速度上限値ωＵＬＤ及び通常時旋回速度上限値生成ブロック７９が発生した通常時の旋回速度上限値ωＵＬＮのいずれか一方を、速度上限値制限ブロック６８に入力する。具体的には、転倒危険範囲有無の判定ブロック７７で、転倒危険範囲７０が存在しない（最大方位角θｄｓが０°）と判定された場合には、通常時の旋回速度上限値ωＵＬＮが旋回速度指令値生成ブロック６５に入力される。転倒危険範囲有無の判定ブロック７７で、転倒危険範囲７０が有りと判定された場合には、旋回速度上限値算出ブロック７６で算出された旋回速度上限値ωＵＬＤが旋回速度指令値生成ブロック６５に入力される。
【００５１】
速度上限値制限ブロック６８が、入力された旋回速度上限値ωＵＬＮまたはωＵＬＤを超えない条件の下で、旋回速度指令値を出力する。このため、旋回体１１が旋回速度上限値を超えない条件で旋回する。旋回体１１がこの条件で旋回しているとき、旋回用電動機２０に最大制動トルクを発生させると、減速許容時間Ｔａ以下の時間で旋回体１１の旋回運動を停止させることができる。これにより、転倒の危険性をさらに低減させることができる。
【００５２】
また、旋回速度上限値ωＵＬＤは、慣性モーメントＪ、機体姿勢θｘｓ、機体傾斜角ａｓに基づいて、その時点の危険度に応じて算出される。従って、制限速度上限値ωＵＬＤを過度に低く設定することなく、その時点で安全と思われる最大速度で旋回動作を行うことができる。
【００５３】
上記実施例２では、減速許容時間Ｔａが設定されるが、減速許容時間Ｔａの代わりに、旋回体１１が静止するまでに旋回する許容旋回角度を設定してもよい。旋回体１１が静止するまでに旋回する旋回角度が、許容旋回角度を超えないという条件で運動方程式（１）を解くことにより、旋回速度上限値ωＵＬＤが算出される。
【００５４】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００５５】
１０  基体
１１  旋回体
１２  アタッチメント
１４  ブーム
１５  アーム
１６  エンドアタッチメント
２０  旋回用電動機
２１  旋回中心
２２  速度センサ
３０  アタッチメントセンサ
３１  ブーム角センサ
３２  アーム角センサ
４０  姿勢センサ
４１  ピッチング角センサ
４２  ローリング角センサ
５０  操作器
５１  キャビン
５５  重心
６０  制御装置
６１  フィードバック制御ブロック
６２  危険判定情報
６３  危険判定ブロック
６４  強制減速指令値生成ブロック
６５  旋回速度指令値生成ブロック
６６  動作モード切替ブロック
６７  旋回用電動機駆動ブロック
６８  速度上限値制限ブロック
６９  インバータ
７０  転倒危険範囲
７１  傾斜地
７２  水平面
７５  減速許容時間記憶領域
７６  旋回速度上限値算出ブロック
７７  転倒危険範囲有無の判定ブロック
７８  上限値切替ブロック
７９  通常時旋回速度上限値生成ブロック
【図１】
2013189767.tif 000003
【図２】
2013189767.tif 000004
【図３】
2013189767.tif 000005
【図４】
2013189767.tif 000006
【図５】
2013189767.tif 000007
【図６】
2013189767.tif 000008
【図７】
2013189767.tif 000009
【図８】
2013189767.tif 000010
【図９】
2013189767.tif 000011